高化奎

深圳市藍(lán)天鶴測(cè)繪有限公司 廣東深圳 518031

摘要：近年來GPS系統(tǒng)的建立為工程測(cè)繪工作提供了一個(gè)嶄新的定位測(cè)量手段。GPS定位技術(shù)具有精度高、速度快、成本低的顯著優(yōu)點(diǎn)，廣泛在工程地形測(cè)量項(xiàng)目中應(yīng)用。本文就數(shù)字化地形圖測(cè)量中GPS 技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：地形測(cè)量；GPS技術(shù)

前言

如今數(shù)字化地形測(cè)量在工程建設(shè)中的應(yīng)用越來越廣泛，具有了極大地重要性，近年來相關(guān)測(cè)繪技術(shù)不斷發(fā)展并廣泛應(yīng)用于地形測(cè)量中，為地形測(cè)量的準(zhǔn)確性和科學(xué)性提供了保障，現(xiàn)通過對(duì)GPS技術(shù)在數(shù)字化地形測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行研究分析，為數(shù)字化地形圖測(cè)量提供相關(guān)實(shí)踐理論參考。

1數(shù)字化地形測(cè)量概述

隨著測(cè)繪技術(shù)的飛速發(fā)展，GPS+全站儀+計(jì)算機(jī)的全數(shù)字化地形測(cè)量模式逐步成熟并基本普及，這種模式正在替代而且必將完全替代傳統(tǒng)的大平板儀地形測(cè)量，成為地形測(cè)量的主流模式；另一方面，地形測(cè)量模式的更新又將對(duì)測(cè)繪單位儀器設(shè)備、人員素質(zhì)、管理方式、作業(yè)組織等產(chǎn)生一系列的影響。

數(shù)字化地形測(cè)量的生產(chǎn)工序可概括為兩個(gè)環(huán)節(jié)：一是控制測(cè)量與計(jì)算機(jī)輔助平差計(jì)算；二是碎部數(shù)據(jù)采集與軟件編圖成圖。兩個(gè)環(huán)節(jié)間以數(shù)據(jù)傳輸為紐帶，即可平行施工又可順序施工，與傳統(tǒng)地形測(cè)量相比，壓縮了大量的中間生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

2GPS 數(shù)據(jù)處理

GPS數(shù)據(jù)處理要從原始的觀測(cè)值出發(fā)得到最終的測(cè)量定位成果，其數(shù)據(jù)處理過程大致分為GPS測(cè)量數(shù)據(jù)的基線向量解算、GPS基線向量網(wǎng)平差以及GPS網(wǎng)平差或與地面網(wǎng)聯(lián)合平差等幾個(gè)階段。數(shù)據(jù)處理的基本流程：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、預(yù)處理、基線解算、GPS網(wǎng)平差。

2.1GPS網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)

GPS技術(shù)分為外業(yè)施測(cè)和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理兩部分工作。外業(yè)施測(cè)是內(nèi)業(yè)工作的數(shù)據(jù)來源，也是整個(gè)GPS技術(shù)工作的基礎(chǔ)。如何作好GPS野外作業(yè)，對(duì)確保GPS外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，提高整個(gè)GPS技術(shù)的成果精度，顯得尤為重要。

（1）GPS測(cè)量精度標(biāo)準(zhǔn)及分類

對(duì)于各類GPS網(wǎng)的精度設(shè)計(jì)主要取決于網(wǎng)的用途。用于地殼形變及國(guó)家基本大地測(cè)量的GPS網(wǎng)可參照《規(guī)范》中的A、B級(jí)精度分級(jí)；用于城市或工程的GPS網(wǎng)可根據(jù)相鄰點(diǎn)的平均距離和精度參照《規(guī)程》中的二、三、四等和一、二級(jí)精度分級(jí)，見表1。在具體布設(shè)中，可以分級(jí)布設(shè)，也可以越級(jí)布設(shè)。

各等級(jí)GPS相鄰點(diǎn)間的弦長(zhǎng)精度用下式表示

（1）

式中，σ為GPS基線向量的弦長(zhǎng)中誤差（mm）；a為GPS接收機(jī)標(biāo)稱精度中的固定誤差；b為GPS接收機(jī)標(biāo)稱精度中的比例誤差系數(shù)；d為GPS網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間的距離。

表1 GPS測(cè)量精度分級(jí)

等級(jí) 平均距離/km a/mm b/（10-6D） 最弱邊相對(duì)中誤差

二 9 ﹤10 ﹤2 1/120000

三 5 ﹤10 ﹤5 1/80000

四 2 ﹤10 ﹤10 1/45000

一級(jí) 1 ﹤10 ﹤10 1/20000

二級(jí) ﹤1 ﹤15 ﹤20 1/10000

（2）GPS點(diǎn)的密度標(biāo)準(zhǔn)

各種不同的任務(wù)要求和服務(wù)對(duì)象，對(duì)GPS點(diǎn)的分布要求也不同。現(xiàn)行規(guī)范對(duì)GPS網(wǎng)中兩相鄰點(diǎn)間的距離、各等級(jí)GPS網(wǎng)相鄰點(diǎn)的平均距離視其需要也做出規(guī)定。

2.2 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

利用RTK進(jìn)行數(shù)字化測(cè)圖的基本步驟是先控制測(cè)量，然后利用RTK測(cè)量圖根點(diǎn)，再利用全站儀測(cè)量碎步點(diǎn)，再進(jìn)行數(shù)字化成圖?；蛘呤窍瓤刂茰y(cè)量，然后直接利用RTK測(cè)量碎部點(diǎn)，再進(jìn)行數(shù)字化成圖。作業(yè)過程主要包括外業(yè)數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，外業(yè)數(shù)據(jù)采集包括控制測(cè)量和碎部測(cè)量?jī)刹糠郑瑑?nèi)業(yè)主要包括GPS數(shù)據(jù)處理和數(shù)字化地圖編輯。

3 實(shí)例分析

3.1 測(cè)區(qū)概況

測(cè)區(qū)為某廠房，中心地理坐標(biāo)已確定，在測(cè)區(qū)內(nèi)以一個(gè)四等GPS點(diǎn)為起算點(diǎn)。為了對(duì)該測(cè)區(qū)10km2進(jìn)行1：500的地形圖測(cè)量，布設(shè)了一級(jí)控制網(wǎng)。

3.2 GPS網(wǎng)控制測(cè)量

根據(jù)工程測(cè)量設(shè)計(jì)及規(guī)范要求進(jìn)行較高精度的測(cè)量；本次平面控制采用采用Trimble雙頻GPS接收機(jī)衛(wèi)星定位測(cè)量方法聯(lián)測(cè)國(guó)家高等級(jí)控制點(diǎn)，沿測(cè)區(qū)布設(shè)一級(jí)GPS控制網(wǎng)進(jìn)行首級(jí)控制。利用GPS建立一級(jí)控制點(diǎn)，每時(shí)段采集數(shù)據(jù)前，作業(yè)員量取天線高，記錄此時(shí)段的接收衛(wèi)星數(shù)、故障情況；一個(gè)時(shí)段觀測(cè)過程中無(wú)關(guān)閉接收機(jī)重新啟動(dòng)、進(jìn)行接收機(jī)初始化、改變數(shù)據(jù)采集間隔、改變天線位置；觀測(cè)員在作業(yè)期間未擅自離開測(cè)站，并應(yīng)防止儀器受震動(dòng)和被移動(dòng)，防止人和其他物體靠近儀器、以免遮擋衛(wèi)星信號(hào)；觀測(cè)時(shí)無(wú)人在接收機(jī)旁使用手機(jī)和對(duì)講機(jī)，避免了干擾衛(wèi)星信號(hào)；在觀測(cè)過程中應(yīng)保證接收機(jī)正常工作，數(shù)據(jù)記錄正確，觀測(cè)結(jié)束后，在GPS手簿中輸入這些點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)，手簿內(nèi)置軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算控制點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。為了提高精度，將天線設(shè)置在對(duì)點(diǎn)器上，設(shè)置好天線高、基準(zhǔn)站點(diǎn)坐標(biāo)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)、預(yù)設(shè)精度指標(biāo)等參數(shù)，觀測(cè)控制網(wǎng)和數(shù)據(jù)。平差后得該控制網(wǎng)平差成果表，見表2。

表2 1985國(guó)家基準(zhǔn)高程

序號(hào) 點(diǎn)名 坐標(biāo)X 坐標(biāo)Y 高程Z 備注

1 A001 2932416.214 525697.499 283.641 已知點(diǎn)

2 A002 2932239.012 525626.049 282.889 已知點(diǎn)

3 A003 2932167.997 523983.824 324.477 已知點(diǎn)

4 A004 2932456.365 523711.633 367.592 一級(jí)水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)

5 A005 2932838.588 522887.873 360.895 一級(jí)水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)

6 A006 2932416.214 522306.646 392.566 一級(jí)水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)

7 MZ01 2933390.694 523716.730 366.346 一級(jí)水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)

用GPSRTK布設(shè)圖根點(diǎn)，根據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范》圖根點(diǎn)的精度相對(duì)于鄰近等級(jí)控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差不應(yīng)大于圖上0.1mm；高程的中誤差，不應(yīng)大于測(cè)圖基本等高距的1/10；用實(shí)時(shí)GPSRTK來布設(shè)圖根點(diǎn)，并可以得出，RTK的測(cè)量精度完全能夠達(dá)到一級(jí)導(dǎo)線網(wǎng)的測(cè)量。在RTK精度檢查完畢后，再開始測(cè)量圖根點(diǎn)，測(cè)得部分圖根控制點(diǎn)坐標(biāo)成果，見表3。

表3 圖根點(diǎn)控制成果表

點(diǎn)號(hào) 縱坐標(biāo)X 橫坐標(biāo)Y RTK觀測(cè)值（高程）

1 2 932 514.354 525 431.717 284.013

2 2 932 280.543 525 417.608 297.356

3 2 932 743.156 523 852.571 310.814

4 2 932 831.211 523 649.837 334.109

5 2 932 997.181 523 384.109 327.218

6 2 932 596.289 524 964.192 358.156

7 2 933 184.116 522 753.315 342.773

8 2 933 252.232 525 146.869 311.255

9 2 932 846.547 523 153.112 338.227

10 2 932 753.734 524 711.166 319.698

3.31：500地形圖碎部測(cè)量

由于測(cè)區(qū)范圍較大，工期短，在野外數(shù)據(jù)采集時(shí)用采用萊卡TCR302全站儀和Trimble雙頻GPS接收機(jī)同時(shí)對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集。使用全站儀及GPSRTK在野外采集數(shù)據(jù)十分快捷方便。在數(shù)據(jù)采集以前要作好點(diǎn)矯正、建立文件等準(zhǔn)備工作，架設(shè)好基準(zhǔn)站以后要檢測(cè)流動(dòng)站測(cè)點(diǎn)是否準(zhǔn)確，然后就可以開始進(jìn)行碎部點(diǎn)的測(cè)量采集了。在碎部點(diǎn)的采集過程中應(yīng)盡量保證采點(diǎn)均勻，重復(fù)點(diǎn)盡量減少，否則會(huì)影響DTM的建立，不利于成圖。在野外工作時(shí)，要及時(shí)將特殊地物等特征點(diǎn)的位置作記錄，并畫好草圖，方便以后電子地圖的勾勒。此外，在使用GPS—RTK作業(yè)時(shí)一定要注意衛(wèi)星數(shù)目不小于4顆。

3.4內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理與成圖

成圖過程：首先將RTK數(shù)據(jù)用傳輸軟件保存到電腦上，用轉(zhuǎn)換軟件將其轉(zhuǎn)化DAT文件。下一步展野外高程點(diǎn)，將點(diǎn)展入CASS7.0軟件，可以將一些重復(fù)或者沒有用的點(diǎn)刪除，然后建立DTM，（考慮有圖面建立DTM會(huì)有數(shù)據(jù)丟失，一般由文件建立）完成后可以將不合理的三角形過濾刪除，就可以繪制等高線成圖了，其中擬合步長(zhǎng)應(yīng)比較小，一般為2米。其中地物可以在展點(diǎn)以后勾勒，也可以將原來的地物圖用插入圖塊命令加入。對(duì)不正確的線用APPLOAD—GAILINE命令修改比較方便，再標(biāo)注高程注記，最后加入圖框，完成以后把一些不需要的線刪除，一副圖就完成了。

3.5 精度分析

廠房GPS測(cè)量地形圖的精度分析采用的是南方測(cè)繪GPS數(shù)據(jù)處理軟件，將廠房控制點(diǎn)導(dǎo)入南方測(cè)繪GPS數(shù)據(jù)處理軟件，所得GPS網(wǎng)平差結(jié)果如下。

GPS網(wǎng)平差結(jié)果：環(huán)閉合差中包括所有基線的解算；閉合環(huán)最大節(jié)點(diǎn)數(shù)3；閉合環(huán)總數(shù)17；同步環(huán)總數(shù)7；異步環(huán)總數(shù)10。

使用環(huán)閉合差中為剔除不參與平差的基線（包括自動(dòng)剔除和人工剔除）后的基線組成的環(huán)的情況。

控制網(wǎng)限差情況：網(wǎng)平均邊長(zhǎng)1574m，限差1.0cm。相鄰點(diǎn)最小距離為平均距離的1/2～1/3，最大邊長(zhǎng)限差一般是網(wǎng)平均邊長(zhǎng)限差的2～3倍，網(wǎng)最大邊長(zhǎng)2270.4m，網(wǎng)最小邊長(zhǎng)191.1m，邊長(zhǎng)不滿足要求。同步環(huán)全長(zhǎng)相對(duì)閉合差限差15.00×10-6；同步環(huán)坐標(biāo)分量相對(duì)閉合差限差9.00×10-6；閉合環(huán)最大節(jié)點(diǎn)數(shù)3；閉合環(huán)總數(shù)9；同步環(huán)總數(shù)4；異步環(huán)總數(shù)5。

4.結(jié)語(yǔ)

總之，GPS技術(shù)是集計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星、微電子等現(xiàn)代技術(shù)的綜合產(chǎn)物，以其高精度、高效率、全天候的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用到測(cè)量生產(chǎn)單位中，GPS技術(shù)的出現(xiàn)與不斷完善將會(huì)進(jìn)一步推進(jìn)地形測(cè)量技術(shù)的改進(jìn)，完善和豐富地形測(cè)量方法，為建筑工程提供技術(shù)保證。

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